Kvanttispinneste ja raskaita fermioneja

10.12.2021

Harvard-kvanttispinneste-Mikhali-Lukin-Giulia-Semeghini-250-t.jpgHarvardin yliopiston johtama fyysikkoryhmä kertoo, että he ovat vihdoin dokumentoineet kokeellisesti kauan tavoitellun kvanttispinnesteen tilan.

"Tämä on hyvin erityinen hetki alalla", sanoo fysiikan professori Mikhail Lukin. "Voit todella koskettaa, työntää ja sohaista tätä eksoottista tilaa ja manipuloida sitä ymmärtääksesi sen ominaisuuksia. Se on aineen uusi tila, jota ihmiset eivät ole koskaan aiemmin voineet havaita.”

Kvanttispinnesteiden eksoottiset ominaisuudet voivat olla avainasemassa luotaessa vankempia kvanttibittejä – eli topologisia kubitteja – joiden odotetaan kestävän kohinaa ja ulkoisia häiriöitä. "Se on unelma kvanttilaskennassa", sanoo tutkijatohtori Giulia Semeghini.

Tutkijat tarkkailivat tätä nestemäisen aineen tilaa käyttämällä laboratorion 219 atomin kvanttisimulaattoria. Sen ideana on pystyä toistamaan samaa mikroskooppista fysiikkaa kuin kondensoituneiden aineiden järjestelmissä, erityisesti järjestelmän ohjelmoitavuuden sallimalla vapaudella.

Perinteisissä magneeteissa elektronien spinit osoittavat ylös tai alas josstutkijatain säännöllisessä kuviossa. Kvanttispinnesteissä esiintyy kolmas spin, joka muuttaa kuvion niin, että syntyy "turhautunut" magneetti, jossa elektronien spinit eivät voi stabiloitua yksittäiseen suuntaan.

Kvanttisimulaattoria käyttäen tutkijat loivat oman turhautuneen hilakuvion, johon sijoitettiin atomit vuorovaikuttamaan ja lomittumaan. Koko rakenteen lomittumisen jälkeen he pystyivät mittaamaan ja analysoimaan atomeja yhdistäviä ketjuja ja niistä ilmenneet tapahtumat osoittivat kvanttispinnesteen syntyneen.

"Osoitamme ensimmäiset askeleet topologisen kubitin luomisessa, mutta meidän on vielä osoitettava, kuinka voit todella koodata sen ja manipuloida sitä", Semeghini visioi.

Myös Aalto-yliopiston tutkijoiden alkuperäinen tavoite äskettäin julkaistussa tutkimuksessa oli luoda kvanttispinneste, jonka avulla voisi tutkia uudenlaisia kvantti-ilmiöitä.

Harvard-AALTO-Heavy-fermion_Heikka_Valja-250-t.jpgMutta sen sijaan saavutukseksi saatiin ensimmäisinä maailmassa yhdistää kaksi äärimmäisen ohutta tantaalidisulfidikerrosta niin, että elektronit käyttäytyivät syntyneessä kvanttitilassa tavalla, joka on aikaisemmin vaatinut harvinaisia maametallien yhdisteitä.

Harvinaisissa maametallien yhdisteissä voi saada aikaan kvanttitietokoneissa kaivattua topologista suprajohtavuutta. Niiden käyttöä rajoittavat kuitenkin muun muassa radioaktiiviset yhdisteet kuten uraani ja plutonium.

Harvinaisten maametallien yhdisteisiin perustuvia suprajohtavia materiaaleja kutsutaan raskaiksi fermionimateriaaleiksi, koska niillä vaikuttaa olevan paljon enemmän massaa kuin niillä todellisuudessa on.

Kun tutkijat tarkastelivat kahden tantaalidisulfidikerroksen saarekkeita, havaittiin kerrosten välissä raskaiden fermionien ilmiö. Jo aiemmin Aallon ja Paul Scherrer -instituutin tutkijat ovat osoittaneet kolmen kierretyn grafeenikerroksen luovan vastaavan raskaiden fermoinien tilan.

Aiheesta aiemmin:

Magneettinen monopoli havaittu

Majoranan metsästystä

19.01.2022Superabsorptio avaa tietä kvanttiakuille
18.01.2022Tiellä kohti uusiutuvan energian varastointia
17.01.2022Atomeilla ja spineillä
14.01.2022Tuhannen työjakson akku voisi viisinkertaistaa sähköautojen matkat
14.01.2022Kuitujen epälineaarisuuden korjaus neuroverkolla
13.01.2022Aerogeeleillä kestävän kehityksen akkuja
12.01.2022Magneettisia yllätyksiä grafeeneissa
11.01.2022Uudenlaisia magneettikuviota data tallennukseen
10.01.2022Kvanttitoimintoja puolijohdetekniikkaan
08.01.2022Älyompeleita ja älyneuloja
07.01.2022Tehokkaampaa spinien hyödyntämistä
06.01.2022Lomittuvatko solitonit?
05.01.2022Kuolleen akkumateriaalin henkiin herättäminen
04.01.2022Kudottava kuituakku puettaville
03.01.2022Hallita nanolasereita magneettikentän avulla
31.12.2021Ohuita ja joustavia aurinkokennoja
30.12.2021Hiili-ilma vaihtoehto vetytekniikalle
29.12.2021Leijuva lautanen
28.12.2021Hiilinanoputkesta transistori
27.12.2021Kuvantamista optisella kuidulla
23.12.2021Vaihtaa värejä sirufotoniikalla
22.12.2021Magneettisia moiré-superhiloja ja valolla materiaaleja muokaten
21.12.2021Rikkikemiaa akuille ja vedyntuottoa vihreästi
20.12.2021Saada kvanttitietokoneita yhteen
18.12.2021Hyönteismäistä keveyttä ja laskentakykyä
17.12.2021Kolmanteen ulottuvuuteen
16.12.2021Mikroaaltoja kylmästä ja kutistettuja kubitteja
15.12.2021Optinen oskilloskooppi ja jakautuneita fotoneja
14.12.2021Elektroniset neuronit ja synapsit yhteistoimintaan
13.12.2021Mittaus- ja kuvaustarkkuuden ennätyksiä
11.12.2021Mobiiliverkkojen linkit tuottavat sadekarttoja
10.12.2021Kvanttispinneste ja raskaita fermioneja
09.12.2021Uusia ulottuvuuksia ääniaalloille
08.12.2021Aikakiteitä kvanttitietotekniikoiden avulla
07.12.2021Kuvauksen uudet ulottuvuudet
06.12.2021Akkuna ja aurinkokennona
04.12.2021Tarkka kuin hämähäkin seitti
03.12.2021Kotimaista kvanttitietotekniikkaa
02.12.2021Dynaamisesti ohjelmoitava transistori
01.12.2021Yksinkertaisempi suunnitelma kvanttitietokoneille
30.11.2021Näkyvän valon modulointi sirutasolle
29.11.2021Fyysistä salaustekniikkaa nopeille langattomille
27.11.2021Kvanttipisteledi taipuu kuin paperi
26.11.2021Ultranopea akkujen lataus uudella anodimateriaalilla
25.11.2021Nanoantenni avittaa kvanttiviestintää
24.11.2021Vihreää vetyä edullisemmin
23.11.2021Astrosyytit tekoälyn tehostajiksi
22.11.2021Nanoresonaattoreita 3D-tulostuksella
20.11.2021Solut laskevat ja peptideistä antureita
19.11.2021Topologialla kohti terahertsitaajuuksia
18.11.2021Suprajohtavia johteita ja koneita
17.11.2021Kohti tehokkaampaa kvanttilaskentaa
16.11.2021Perovskiitista on moneksi
15.11.2021Yliääniä ja suprajohtavuutta grafeenissa
13.11.2021Energian varastointi kasvien elektronisiin juuriin
12.11.2021Uutta väriä ledeihin
11.11.2021Fotonioperaatiot sopivat yhä paremmin sirulle
10.11.2021Kohti hologarfista videokonferenssia
09.11.2021Spin-kubitin hallintaa
08.11.2021Tekoälyä tehokkaammin
06.11.2021Navigointia ilman GPS:ää
05.11.2021Grafeenia doupaten
04.11.2021Valon hallintaa mustalla fosforilla
03.11.2021Yleiskäyttöinen nopea virheenkorjaus
02.11.2021Sellulla ja kuparilla parempia ja turvallisempia akkuja
01.11.2021Kohinan leikkausta ja hybridikäyttöä kvanttilaskennalle
30.10.2021Anturi SARS-CoV-2-proteiineille
29.10.2021Parveilevaa ja loikkivaa robottitekniikkaa
28.10.2021Räjähtävää sähkövoimaa
27.10.2021Nanomittakaavan 3D-rakenteita
26.10.2021Germaniumia kvanttielektroniikkaan
25.10.2021Jäähdyttää radioaaltoja kvanttitilaan
22.10.2021Fotoniikkaa topologisesti
21.10.2021Metamateriaali ohjaa valon korrelaatioita
20.10.2021Elektronien tanssia, lomittumista ja jäätiköitä
19.10.2021Molekyyli kerrallaan
18.10.2021Sähköisesti ohjattua magnetismia
15.10.2021Topologinen fotoni-fononi -läpimurto
14.10.2021Valolla hallittavia meta-ajoneuvoja
12.10.2021Lennokkiantennit EMF-ongelmien ratkaisijana
11.10.2021Tuulen lennättämä mikrosiruanturi
08.10.2021Katalyyttejä yhdellä atomilla ja ferrosähköllä
07.10.2021Ihmiseen integroitavia elektroniikan polymeerejä
06.10.2021Twist, twist, twist
05.10.2021Laskentaa ilman digitaaliprosessoria
04.10.2021Superioninen johde ja muita akku-uutisia
01.10.2021Lämmönhallintaa nanoelektroniikalle
30.09.2021Vuotaa ja ei vuoda
29.09.2021Kohti ihon kaltaista elektroniikkaa
28.09.2021Uusia ja ikivanhoja ideoita mikrolasereille
27.09.2021Uusia optisen tiedonsiirron ratkaisuja
24.09.2021Hehkuvien kasvien seuraava sukupolvi
23.09.2021Mikroaaltojen fotoneja kvanttitietokoneisiin
22.09.2021Osittaisdifferentaaleja ja Hamiltoneita ratkaisemaan
21.09.2021Etsausta spintroniikalle ja laaksotroniikalle
20.09.2021Huonelämpötilainen spintransistori
17.09.2021Kiertymiä ja laaksoja
16.09.2021Vihreää polttoainetuottoa kehittäen
15.09.2021Topologiaa ja magneettisuutta
14.09.2021Kvanttianturit ohenevat

Näytä lisää »